巷道掘进过断层施工方法及安全技术措施探讨

王晓瑞

（山西省小回沟煤业有限公司，山西 太原 030400）

断层构造不仅会造成巷道掘进受阻，断层形成的破碎带区域还有可能成为水和瓦斯的良好通道，在高瓦斯矿井或者岩层富水区，断层的存在引起的安全隐患更为突出[1]。根据断层存在的特性分析，断层构造在揭露前都会出现一些征兆。在巷道掘进过程中，根据三维地震勘探资料显示或者断层出现征兆，采取合理的安全技术措施，对断层进行探测，依据探测结果实施巷道过断层技术方法和过断层后揭煤，对保证巷道快速掘进、减少煤炭损耗以及消除巷道过断层的安全隐患具有重要意义。

1 工作面概况

王庄煤矿南部后备区8108工作面主采二迭统山西组3#煤层，煤厚6.5～7m，煤层倾角为1～5°，根据三维地震勘探资料显示，工作面风巷预计从开口掘进至1380m、2650m、2910m分别会遇到断层F36（H=15～25m、∠75°）和相邻工作面揭露断层 F304（H=3.5m、 ∠ 60°）、F295（H=2.6m、∠70°），运巷预计从开口掘进至2000m、3090m分别会遇到断层F36（H=15～25m、∠75°）、F304（H=3.5m、∠60°），具体情况需要进一步探测验证。在实际掘进过程中，风巷掘进至1350m左右，巷道帮顶破碎，巷道上山明显，经过地质钻探，风巷在1400m左右处遇见断层F36，由于断层存在的复杂性，必须采取针对性的巷道过断层施工方法和相关技术措施。

2 过断层安全技术措施

2.1 过断层施工工艺

根据三维地震勘探资料显示，遇见断层F36落差为10m左右，按照断层规格和巷道顶板、围岩状态以及煤层厚度等情况确定过断层方法。通过分析，巷道沿8°坡爬坡至顶板掘进，见煤层底板后沿煤层底板掘进，在过断层期间采取增加锚索数量与打设单体柱大板棚双重支护，过断层后使用工字钢背板棚替代单体柱大板棚，加强巷道支护强度。具体施工工艺如下：

（1）过断层期间，优先采取放炮破岩和掘进机出渣的联合掘进方式过断层，如果煤矸体积过大，将采用耙渣机配合皮带出渣；

（2）巷道以8°坡爬坡掘进，每架棚抬起100mm，爬坡见煤层底板后沿煤层底板掘进；

（3）采用气腿式凿岩机按照规定打设炮眼，提前安排人员背炮，打眼完毕装药爆破后，由掘进机进行出渣，然后完成巷道永久支护；

（4）在过断层前后5m分别打设一组顶板离层指示仪，观测顶板离层情况。

2.2 过断层支护方案

巷道采用双重支护，顶板及两帮永久支护完成后，打设单体柱大板棚加强支护，见图1。顶板支护方式如下：

（1）每排打设HRB335Ф22L2400mm高强度螺纹钢锚杆7根，锚杆排距为800mm，间距800mm；

（2）顶角锚杆距帮100mm，顶角锚杆向两帮倾斜15°角打设，树脂药卷加长锚固，每根锚杆采用（CK+Z）2360、Z2360型药卷各一支，铺设金属网和Ф14mm×4800×80mm圆钢焊制的双筋双梁钢筋梯子梁，采用150×150×10mm的锚杆托板；

（3）锚索加强支护按“三二三”的方式布置Ф18.9mm的大孔径预应力锚索，锚索孔深度为7.0m，锚索长度为7.3m，每根锚索采用的树脂药卷型号为（CK＋Z）2360一支，Z2360二支，每根锚索配套使用一块规格为300×300×16mm，拱高不得低于60mm的锚索托板一块，锁具一套。

两帮支护方式如下：两帮支护打设HRB335Ф22L2000mm高强螺纹钢锚杆，每帮4根，第一根帮锚杆距顶300mm，锚杆间距为1000mm，排距为800mm，树脂药卷加长锚固，每根锚杆采用Z2335、Z2360型药卷各一支，铺设金属网和Ф14mm×3200×80mm圆钢焊制双筋双梁钢筋梯子梁，采用150×150×10mm的锚杆托板。在掘进过断层过程中，在F36断层前后5m范围内打设单体柱大板棚，单体柱大板棚排距1.8m，在顶板打设2根锚索的两排锚杆间，垂直巷道加打单体柱大板棚支护。

3 巷道过断层安全技术措施

3.1 瓦斯抽查防治

断层造成的破碎带往往是瓦斯的良好通道，也是矿井瓦斯积聚地，所以，巷道掘进过断层，必须做好瓦斯抽查防治工作，确保巷道掘进和人员安全。过断层期间，要保证通风可靠，回风口、工作面瓦斯探头闭锁可靠，对瓦斯变化要实时监测；工作面割煤、更换风筒、切换风机等作业前后，现场跟班队长要向通风调度汇报，通风调度值班人员接报后记录上述作业开始、完成时间、作业内容，并全程关注作业期间瓦斯监测数据变化情况，瓦斯异常升高时必须命令现场立即停止作业，待瓦斯恢复正常后方可继续作业。过断层期间，如果出现响煤炮、巷道片帮、顶板冒落等引起瓦斯异常，必须立即停止作业并向相关业务科室汇报，并做好相关的瓦斯预警处置，如果出现高冒现象，必须及时通知通风队安设导风障来稀释该处瓦斯，防止出现瓦斯积聚。

除此之外，巷道过断层应当做好瓦斯防突预测预报和相关技术措施。区域防突措施的预测预报工作如下：

（1）掘进面推进到距地质条件变化50m前，由地质部门向相关单位下达地质条件变化通知单；

（2）在距地质条件变化30m时，根据现场实际情况施工地质探测孔，进一步探明煤层层位、厚度、倾角变化、地质构造规模和瓦斯情况；

（3）巷道推进至地质构造前、后30m时测一次煤层瓦斯参数（含前方10m范围内的钻屑解吸指标K1值、钻屑量指标S值，前方20m处的瓦斯含量W及瓦斯压力P），巷道沿掘进方向布置1个检测点；

（4）巷道掘进严格遵循“测十掘八”及检修班施工20m释放孔原则，即工作面至少保留2m预测超前距和7m措施超前距。

区域防突措施为由抽采队组在正头施工瓦斯抽采钻孔，孔深不得小于60m，孔径120mm，孔数12个。区域措施影响范围界定：工作面正头施工最短钻孔长度-30m的范围。局部防突措施为瓦斯释放孔，瓦斯释放孔要控制到巷道两帮轮廓线外5m，深度沿巷道走向方向至少15m，孔径42mm，每平米不少于2个，均匀布置整个采掘断面。

3.2 水害防治措施

断层的存在，不仅可能形成瓦斯的良好通道，还是岩层水的良好通道和储存仓库，当巷道掘进遇见断层很容易发生突水事故，必须对断层导水能力和储水量进行超前探测，提前制定相应的抽排水措施和水害防护措施。根据已有三维地震勘探资料显示，8108工作面位于奥灰水承压区域，巷道内遇见F36断层正处于水承压区域内，8108工作面所采3#煤层底板与奥灰水之间有约130m左右的隔水层，没有构成导水通道，一般不会构成底板突水危险，但断层区域范围内含水情况不清楚，需要进一步探测验证。

首先按照8108工作面上部含水层涌水量进行预计，完善现场排水系统；其次采用“物探+钻探”相结合的方法对断层含水情况进行探测验证，如探测过程中钻孔出水异常，必须对来水进行收集，且对水质进行化验，而在掘进过程中发现工作面出现突水预兆或者异常出水，应当立即停止掘进，对水量变化动态要加密观测，取水样化验水质，分析水源、通道，在对有关资料进行综合分析研究的基础上，采取相应的治理措施。

4 结 论

断层对巷道掘进的影响存在多面性，必须制定专门的科学合理的巷道过断层安全技术措施，除了采取的支护方案，还要采用合理的巷道过断层安全技术措施和瓦斯抽查防治措施，加强放炮期间的“一通三防”、水害防治工作。8108工作面风巷过断层时，采用上述安全技术措施，保证了施工安全和工程进度，取得了较好的效果。

图1 巷道过断层断面支护图